8.2.Сәулелендіру көздері.

Сәуле шығарғыш диод. Кең қолданысқа арналған талшықты –оптикалық тарату жүйелерінде (ТОТЖ) сәулелену көздері ретінде қазіргі кезде көбінесе шалаөткізгіш сәуле шығарғыш диодтар мен шалаөткізгіш лазерлер пайдаланылады. Оларға біріншіден өте кішкентай микроминиатюрлы өлшемде болғандықтан, таратиушы оптикалық модулдерді интегралдық жасалымда орындауға мүмкіндік береді. Осыдан басқа шалаөткізгіш жарық көздеріне арзандылығы мен қарапайымдылығы тән. Қазіргі заманғы ТОТЖ-да фотодиод (жарық қабылдағыш) ретінде p-i-n немесе жоғары сезімталдығы бар ағындық фотодиод қолданылады.

Оптикалық жарық шығару көздеріне келесі талаптар қойылады: сәулелену толқын ұзындығы оптикалық талшықтың (ОТ) спектралдық шығындарының бір минимумымен сәйкес келуі тиіс, сәулелену көзі жеткілікті қуатты болып, ОТ-қа сәулеленудің тиімді енуін қамтамасыз етуі керек, жоғары сенімділігі және үлкен қызмет көрсету мерзімі болуы қажет.

Кеңінен қолданылатын сәуле шығарғыш диодтар (СШД) және лазерлік диодтар (ЛД) 0,8... 1,6 мкм толқын ұзындықтары диапазонында жұмыс істейді, олар ОТ –тағы азғантай шығындарымен сипатталып, талшық ішіне жеткілікті үлкен қуатты (0,05... 2 мВт) енгізуге қабылеті бар.

СШД сәулеленетін шалаөткізгіш p-n өткелі болып табылады, оның жарық шығаруы өткел тіке бағытта ығысқанынды, яғни p-n өткеліне тікелей кернеу берілгенде ( n- типті шалаөткізгішке минус полюсымен) оның ішіндегі заряд тасымалдаушылардың (электрондар мен кемтіктердің) рекомбинациясы нәтижесінде туындайды, яғни спонтанды (еріксіз ішкі әсерлік) эмиссия пайда болады. Сәулелену жиілігі

f = c/l =E_q/h, (8.11)

мұнда h – Планк тұрақтысы, с – жарық жылдамдығы, E_q – энергетикалық деңгейлер ені, яғни рұқсат етілмеген аймақ ені. Спонтанды сәулеленуі – төменгі монохроматикалықты, яғни когерентті емес сәулелену. Сәулелену қуатының толықтыру (инжекция) тогына P = f(I_и ) тіке сызықты тәуелділігі бар, бұл оптикалық сәулеленуді модуляциялау үшін таратудың аналогтық жүйелерін пайдалануға мүмкіндік береді. Модуляцияның максималды жиілігі

f _max = 1/(2 _{и іш}), (8.12)

мұнда _іш – шалаөткізгіш затының ішкі кванттық тиімділігі ( базадағы туындаған фотондар санының онда инжекция жасаған тасымалдаушылар санына қатынасы), ол СШД сәулелену қабылетін көрсетеді, _и – негізгі емес заряд тасымалдаушылар өміршеңдік уақыты.

Сәулелену қуаты уақыт бойынша келесі заңға сәйкес өзгереді:

P(t) = P(0)e^{-t/ t} ,

Мұнда t_сл = A I^-_и^m e^{- сл /(kT)} – СШД жұмыстық уақыт мерзімі, А мен m- СШД материалы және құрылысымен анықталатын тұрақтылар, әдетте m ≈ 1...2; E_сл- активациялық энергия.

ТОТЖ-да пайдаланылатын СШД жұмыстық мерзімі жерүстілік кабелдер үшін 10⁵ сағат, ал суастылық кабелдер үшін 10⁶ сағат болуы тиіс.

Шалаөткізгіш лазер.

Шалаөткізгіш лазерлер қосарланған гетероөткелі бар, әдеттегі шалаөткізгіш сәулелік диодтағыдай p-n өткелі болатын, бірақ құрылысы күрделі, когерентті жарық көздері болып табылады. Шалаөткізгіш лазерлерде, гелий-неон лазер-

а б в

8.7 – сурет. Лазердің сәулелену бағытталу диаграммасы (а), сәулеленетін

қуаттың өзара перпендикуляр бағыттардағы бұрышқа тәуелділігі (б ),

лазердің нормаланған сәулелену спектрі (в)

леріндей жарық энергиясы екі шағылыстырушы беттіктер арасында шағылысуға түседі. Өте теп-тегіс беттікті кристалдың жарылғанында қабаттарға бөлінуі арқасында алады. Осы айналы екі беттіктен жарықтың көпеселі шағылысуы нәтижесінде резонанс пайда болып, лазер қоздырылып, қуаты шұғыл өсіп, өте таза когерентті жарық шығарады, оның сәулелік диод жарығынан көп айырмасы бар. Температураның әсерін жою үшін өтемдеу (компенсация) және термокомпенсация схемаларын қолданады. Лазердің сәулеленуінің бағытталу диаграммасы (БД) симметриялы емес (8.7,б –сурет). Диаграмма ені (8.7,а-сурет) жартылай қуат деңгейінде  20 өткелге параллел жазықтықта, және де  40-тан перпендикуляр жазықтықта. Суреттен көрініп тұр, БД –ның эллиптикалық қалпы бар. Лазер сәулеленуінің үлкен шашыраңқылығы оны кішкене сандық апертурасы бар талшыққа ендіруге кедергі жасайды, сондықтан арнайы үйлестіргіш құрылғыларды қолдану қажеттілігі туындайды. Лазер спектрі дискретті, бір моданың сәулелену сызығы ені, ережеге сәйкес, 0,01 нм-ден аспайды. Модаларды іріктеу үшін арнайы әдістер қолданылады. Бір моданы сәулелендіріп шығаруға қабылетті лазерлер үлестірілген таңдаушылығы бар – ҮТЛ (DBR) және үлестірілген бреггтік шағылысуы бар ҮБШ(DBR) лазерлер деп аталды.